管流

管流是水力学及流体力学的分支，是指液体在管道的流动，且液体不存在自由表面，也称为内流（英语：Internal flow）^[1]。存在自由表面的类似流动称为明渠流。管流和明渠流有许多类似之处，但两者的差异主要是在是否有自由表面。管流没有自由表面，因此不会直接受到大气压力的影响，但是会受到管子内水压的影响。

管流的图片

不是所有在封闭管道内的液体流都属于管流，例如雨水排水道（英语：Storm sewer）就是在封闭管道内，但多半存在自由表面，因此仍属于明渠流。唯一的例外是雨水排水道全满时，不存在自由表面，此时即可视为管流。

管流里的能量常会表示为扬程，由伯努利定律所定义。为了在探讨管流的过程中可以将扬程概念化，管流的图中常会有水力坡线（hydraulic grade line，HGL）。管流会受到摩擦损失的影响，而摩擦损失是由达西–威斯巴哈方程式所定义。

层流-紊流转态

管流的行为主要会受到黏度以及重力以及流体本身的惯性力所影响。黏度相对于惯性的影响乭以用雷诺数表示。依雷诺数的不同，管流可分为层流或紊流。在不同粗糙度的圆截面管内，若雷诺数低于大约2000的临界值^[2]，管流最终会是层流，超过临界值时就会有紊流出现，如穆迪图中所说明的一样６若是截面非圆形的管，临界雷诺数会依截面的长宽比而变化，但仍会${\displaystyle \sim {\mathcal {O}}(10^{3})}$^[3]。在一些特殊几何截面的管子（例如特斯拉阀）内，可能在比临界雷诺数还小一个数量级（${\displaystyle \sim {\mathcal {O}}(10^{2})}$）时，就提早变成紊流^[4]。

管流可以大致分为：

• 层流 - 可参考泊肃叶定律
• 紊流 - 可参考穆迪图

相关条目

• 伯努利定律
• 达西–威斯巴哈方程式
• 水力学
• 流体力学
• 明渠流
• 黏度
• 扬程
• 穆迪图

参考资料

1. Çengel, Yunus A.; Cimbala, John M. Fluid mechanics: fundamentals and applications. McGraw-Hill series in mechanical engineering. Boston, Mass.: McGraw-Hill Higher Education. 2006: 321. ISBN 978-0-07-247236-3.
2. Avila, K.; D. Moxey; A. de Lozar; M. Avila; D. Barkley; B. Hof. The Onset of Turbulence in Pipe Flow. Science. July 2011, 333 (6039): 192–196 [2024-10-14]. Bibcode:2011Sci...333..192A. PMID 21737736. S2CID 22560587. doi:10.1126/science.1203223. （原始内容存档于2022-10-17）.
3. Hanks, Richard W.; H-C. Ruo. Laminar-turbulent transition in ducts of rectangular cross section. Industrial & Engineering Chemistry Fundamentals. 1966, 5 (4): 558–561. doi:10.1021/i160020a022.
4. Nguyen, Quynh M.; Abouezzi, Joanna; Ristroph, Leif. Early turbulence and pulsatile flows enhance diodicity of Tesla's macrofluidic valve. Nature Communications. 17 May 2021, 12 (12): 2884. Bibcode:2021NatCo..12.2884N. PMC 8128925 . PMID 34001882. arXiv:2103.17222 . doi:10.1038/s41467-021-23009-y .